Pesquisa sobre tecnologia de controle das rochas circundantes com corte do teto e alívio de pressão para enchimento lateral em preservação de entrada ao lado do viga em painéis de grande altura de lavra

Manter túneis subterrâneos abertos e seguros

Minas de carvão profundas dependem de longos túneis para movimentar pessoas, máquinas e carvão. Mas, quando o carvão é retirado, as rochas acima podem se deslocar e comprimir esses túneis, criando riscos significativos à segurança e prejuízos econômicos. Este estudo foca numa mina chinesa e investiga uma questão prática: como os engenheiros podem projetar a área escavada e os suportes de modo que um túnel chave permaneça aberto e seguro para a próxima etapa de lavra, em vez de ser abandonado e reconstruído?

Por que conservar um túnel importa

Minas modernas costumam usar painéis de lavra muito altos que removem camadas espessas de carvão em uma única passagem, aumentando a produção mas também perturbando fortemente as rochas circundantes. Tradicionalmente, os mineiros deixam um bloco espesso de carvão intacto como pilar para proteger túneis próximos. Esse pilar, porém, retém carvão valioso no subsolo e exige escavações adicionais. Uma técnica chamada preservação de entrada ao lado do gob (gob-side entry retaining) oferece uma alternativa mais eficiente: manter um túnel ao lado da zona colapsada (o “gob”) e substituir o pilar de carvão por uma parede lateral construída especialmente. Se esse túnel puder permanecer estável, a mina recupera mais carvão, reduz custos de desenvolvimento e melhora a eficiência geral.

Quando a rocha e a parede não dão conta

Os autores analisam o que dá errado quando os projetistas confiam apenas na parede lateral. Em painéis altos e largos, as camadas rochosas sobrejacentes se dobram e se fraturam ao longo de um vão maior, gerando pressões intensas e móveis. A parede estreita precisa absorver grande parte dessa carga. Se a parede for resistente porém muito rígida, tensões extremas podem se concentrar nela, causando fissuras ou fraturas. Se for mais fraca, pode ovalizar e comprimir o espaço do túnel, apertando o teto e as paredes. Em outros casos, uma parede forte combinada com um teto fraco faz com que a rocha acima do túnel sofra cisalhamento e despenque, levando a queda local do teto. Em resumo, simplesmente erguer uma parede ao lado do gob não basta para lidar com o movimento violento das rochas acima de uma camada de grande espessura.

Cortar o teto para domar a carga

Para enfrentar esse problema, os pesquisadores propõem uma abordagem combinada que chamam de “suporte reforçado mais alívio de pressão por corte do teto”. A ideia é cortar proativamente uma fenda inclinada através da rocha dura acima do túnel, no lado do gob. Esse corte enfraquece a ligação entre o teto do túnel e as camadas rochosas chave, direcionando a ruptura e o abatimento das rochas para o lado escavado em vez de fazê-las pender sobre a via como uma grande viga rígida. Ao mesmo tempo, o próprio túnel é reforçado com um padrão denso de vergalhões de ancoragem, cabos de aço, suportes hidráulicos e uma parede lateral de concreto capaz de suportar carga, mas permitindo algum movimento controlado.

Encontrando o ponto ideal com testes virtuais

Usando simulações tridimensionais calibradas para a mina real (o frente de trabalho 2507), a equipe variou três parâmetros de projeto: até que altura se estende o corte do teto, o ângulo do corte e a largura da parede lateral. Eles monitoraram uma grandeza chamada tensão desviatória — uma medida combinada de quão intensamente a rocha está sendo deformada — para identificar onde a rocha tinha maior probabilidade de falhar. As simulações mostraram que um corte no teto de cerca de 15 metros, alcançando aproximadamente 70% da camada principal do teto, reduziu significativamente as tensões ao redor do túnel. Um ângulo de corte de 15 graus promoveu uma distribuição equilibrada da carga entre o lado de carvão sólido e a parede lateral, incentivando o abatimento ordenado das rochas para o gob em vez de blocos perigosamente pendentes. Quanto à parede, larguras de 0,5 a 1,0 metro a deixavam fraca demais, causando deformações severas, enquanto uma largura de cerca de 1,5 metro ofereceu o melhor equilíbrio entre resistência e adaptabilidade.

Prova a partir de monitoramento em campo

O projeto otimizado foi então testado na mina. Instrumentos mediram o deslocamento do teto, as forças nos cabos de ancoragem e a pressão sobre a parede de concreto conforme a frente de lavra avançava e o túnel ao lado do gob ficava para trás. A flecha do teto no lado do corte permaneceu abaixo de cerca de 120 milímetros, e as cargas nos cabos e as pressões na parede subiram até picos e depois se estabilizaram abaixo dos limites de projeto. Esse comportamento mostrou que o corte do teto reduziu com sucesso a carga transferida diretamente ao túnel e que os suportes reforçados atuaram de forma conjunta, sem sobrecarga ou colapso súbito.

O que isso significa para uma mineração mais segura e inteligente

Para não especialistas, a conclusão é que o “pré-fraturamento” controlado da rocha dura acima de um túnel, combinado com suporte robusto porém flexível, pode manter vias subterrâneas essenciais abertas mesmo quando grandes fatias de carvão são removidas nas proximidades. Ao escolher corretamente a altura do corte, o ângulo e a largura da parede, os engenheiros podem orientar como a rocha se rompe e como a carga é compartilhada. Neste caso, um corte do teto de 15 metros de altura, com 15 graus de inclinação e uma parede lateral de 1,5 metro produziu um túnel estável e reutilizável ao lado do gob. Isso significa mais carvão recuperado, menos túneis novos a abrir e um ambiente de trabalho mais seguro para os mineiros em grande profundidade.

Citação: Weiyong, L., Shengjun, L., Yaohui, S. et al. Research on surrounding rock control technology of roof cutting and pressure relieving for roadside filling in gob-side entry retaining of large mining height panel. Sci Rep 16, 6698 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37916-x

Palavras-chave: mineração de carvão, suporte de rocha, corte do teto, entrada ao lado do gob, estabilidade subterrânea